Bidang Garis Muatan Terbatas
1 · Memprediksi
Sebuah batang lurus berhingga membawa muatan yang tersebar merata sepanjang batang tersebut. Pada garis-bagi yang tegak lurus, apakah medan dari suatu garis muatan mengikuti hukum 1/r² yang sama dengan hukum muatan titik?
- Ya — dari jarak yang cukup jauh, masih terlihat seperti muatan titik.
- Medan tidak bergantung pada jarak dari distribusi muatan yang diperluas.
- Tidak - garis muatan berhingga mempunyai ketergantungan jaraknya sendiri yang lebih kompleks, bukan hukum 1/r² yang sederhana.
2 · Pengaturan
- Buka preset pengisian saluran dan tekan Reset. Batang membawa kerapatan muatan linier 2 nC/m pada panjang 4,8 m.
- Aktifkan pembacaan kekuatan medan pada garis bagi tegak lurus.
- Tetapkan jarak tegak lurus dari titik tengah batang untuk setiap percobaan dan catat kekuatan medannya.
3 · Kumpulkan Data
| Jarak tegak lurus d (m) | Kekuatan medan E_y (N/C) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
Merencanakan |E_y| (sumbu y) terhadap 1/d (sumbu x) dan secara terpisah terhadap 1/d² (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Manakah yang lebih terlihat seperti garis lurus pada jarak ini?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) menggunakan k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan mengapa medan muatan garis berhingga tidak dapat direduksi menjadi hukum pangkat bersih seperti 1/r² — medan tersebut bergantung pada jarak d dan setengah panjang batang melalui kombinasi √(L_half² + d²).
5 · Perluas
- Karena jarak d menjadi sangat kecil dibandingkan dengan panjang batang, rumusnya mendekati E ≈ −2kλ/d (hasil klasik 'garis muatan tak terhingga', yang turun menjadi 1/d bukan 1/d²). Jelaskan, dengan menggunakan rumus Anda, mengapa batang berhingga berperilaku seperti batang tak terhingga ketika Anda berada dekat dengannya.
- Karena jarak d menjadi sangat besar dibandingkan dengan panjang batang, rumusnya harus mendekati hasil muatan titik E ≈ kQ_total/d² (dengan Q_total = λ·2L_half). Jelaskan secara fisik mengapa distribusi muatan yang diperluas terlihat seperti muatan titik jika dilihat dari jarak yang cukup jauh.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Bidang Garis Bermuatan Hingga (pada Garis Bisektor)
Mengintegrasikan hukum Coulomb sepanjang batang bermuatan seragam menghasilkan medan pada garis bagi tegak lurus yang menginterpolasi antara penurunan 1/d garis tak terhingga (dekat) dan penurunan 1/d² muatan titik (jauh).